夏季中尺度强降水天气系统的可预报性研究

The proposed study will first explore both the intrinsic and practical aspects of the predictability of the summertime mesoscale weather system (MWS) with the severe rainfall events occurred at Wuhan-Huangshi in China in July, 1998. The Weather-Research and Forecast (WRF) model and Cloud-Resolving WRF model with Chemistry (CR-WRF-CHEM) will be used in the proposed study. The impact of the initial uncertainties on the predictability of the MWS will be investigated using ensemble forecasts and similar experiments will be performed on at least two other summertime heavy rainfall events. Through these case studies, we attempt to understand the fundamental processes that control the error growth dynamics and predictability of the summertime MWS, especially for those leading to severe flooding. The CR-WRF-CHEM model will be used to examine the impacts of uncertainties of aerosol temporal variations and spatial distributions on the predictability of the MWS, and further studies will focus on the variations of the predictability of the MWS under different aerosol conditions (marine, continental, and polluted aerosols). Although there are limitations on mesoscale forecasts due to the rapid error growth, there still remains substantial room for improving existing forecasts. This proposal seeks to improve the current mesoscale predictability through improving the forecast model itself and using ensemble forecasts. The results of the proposed study will have broader implications for improving the forecasting and predictability of summertime precipitation.

从1998年7月武汉-黄石特大暴雨等过程入手，探讨夏季中尺度强降水天气系统的可预报性的内在和客观原因。采用最新研制的WRF（Weather Research and Forecasting Model）模式及CR-WRF-CHEM (Cloud-Resolving WRF Model with Chemistry) 模式开展模拟试验。利用集合预报方式，研究模式初值的不确定性对夏季中尺度强降水天气系统可预报性的影响；类似的试验将在至少3至5次夏季强暴雨过程中展开，以便得到较为普遍性的研究结果；通过个例研究，了解控制误差增长的动力学和夏季中尺度强降水天气系统的可预报性的基本过程。利用CR-WRF-CHEM 模式模拟气溶胶时空分布变化对中尺度系统可预报性的影响，并进一步研究不同气溶胶条件下 (海洋气溶胶，大陆气溶胶，和高度污染的城市气溶胶)，中尺度强降水系统可预报性的变化。

暴雨等中尺度系统可预报性的研究，是大气科学的热点问题，也是实际天气预报中的一个很关键的问题。通过本项目的研究，我们试图探讨模式预报中初值不确定性对中尺度强降水系统可预报性的影响。本项目的研究结果将对提高夏季强降水天气系统预报的准确率有一定的指导作用。从2012年7月北京特大暴雨等过程入手，探讨夏季中尺度强降水天气系统的可预报性的内在和客观原因。采用最新研制的 WRF（Weather Research and Forecasting Model）模式及 CR-WRF-CHEM (Cloud-Resolving WRF Model with Chemistry) 模式开展模拟试验。利用集合预报方式，研究模式初值的不确定性对夏季中尺度强降水天气系统可预报性的影响；通过个例研究，了解控制误差增长的动力学和夏季中尺度强降水天气系统的可预报性的基本过程。利用CR-WRF-CHEM 模式模拟气溶胶时空分布变化对中尺度系统可预报性的影响，并进一步研究不同气溶胶条件下 (海洋气溶胶，大陆气溶胶，和高度污染的城市气溶胶)，中尺度强降水系统可预报性的变化。在本项目的支持下，我们利用WRF模式对2012年7月21日北京的特大降水过程进行了模拟试验，对不同的分辨率、不同的初始时刻及不同的模式区域进行了对比试验，完成了不同初值的集合预报试验及不同气溶胶特征的集合预报试验。结果表明模拟结果对模式分辨率、初始化时间、及模式区域设置都非常敏感。不同初值模拟的降水强度及分布有很大差异，其中集合预报的第28个成员的模拟结果最接近实况，包括经过天津北部的雨带的出现等。不同气溶胶的时空分布对北京特大暴雨也有明显的影响，具体包括降水强度及发生时间的变化等。通过类似的方法，我们还研究了2014年9月7-17日关中地区持续性降水的可预报性。